2027创新设计一轮生物 高考共鸣点7　光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型、逆境(胁迫)对光合作用的影响

SHENGWUXUE高考共鸣点7光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型、逆境(胁迫)对光合作用的影响热点考情速览光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型2025·广西卷，18；2025·陕晋宁青卷，7;2024·黑吉辽卷，21；2024·广东卷，20；2023·湖南卷，17逆境(胁迫)与生产实践2025·江西卷，20；2025·安徽卷，16；2025·河南卷，17；2024·湖南卷，17；2024·河北卷，19；2024·广东卷，20；2024·湖北卷，21；2024·浙江1月选考，20；2023·湖南卷，141目

录光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型2逆境(胁迫)对光合作用的影响热点1光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型思维建模·触类旁通类型1

C4植物1.深入理解C4植物的光合作用过程C3、C4植物的叶片结构C4植物的光合作用过程解读①场所：C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。②两次CO2固定：CO2＋C3→C4、CO2＋C5→2C3。③亲和力：C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。2.C3植物与C4植物光合作用过程的比较植物类型CO2的受体CO2固定后的产物CO2固定的场所C3还原的场所光反应场所暗反应途径C3植物C5C3叶肉细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基粒C3途径C4植物C3(PEP)和C5C4和C3叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体叶肉细胞的叶绿体基粒C4途径和C3途径[例1]

(2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是____________________________________________________(答出1点即可)。O2、NADPH和ATP叶片自身呼吸作用需要消耗一部分光合产物(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是__________________________________________________________________。C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2解析

(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及NADPH和ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用于自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。类型2景天科植物(CAM植物)①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中(从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降)。②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉(从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升)。③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。

[例2]

(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和___________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止__________________________________，又能保证____________正常进行。叶绿体、细胞质基质、线粒体细胞呼吸蒸腾作用过强导致植物细胞过度失水光合作用(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)答案实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。解析

(1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2用于光合作用，同时叶肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息，晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由于白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。类型3光呼吸RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定(羧化)，又可催化C5与O2的反应(加氧)，其催化方向取决于CO2/O2的值：①该比值增大，羧化反应增强，进行光合作用；②该比值减小，加氧反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。光呼吸的有利影响——减少光抑制在高光强、高温、干旱环境下，光反应速率大于暗反应速率，叶肉细胞中积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，损伤叶绿体导致光抑制。此时，光呼吸会消耗多余的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害，减少光抑制。

[例3]

(2025·陕晋宁青卷，17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。

(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的______________参与下合成糖类等有机物。

(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。基质ATP和NADPH(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”

或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。减小小

构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(或敲除G酶基因或用G酶抑制剂处理)，其他条件与对照组(植株W)相同，培养一段时间后检测两组叶片净光合速率；预期结果为实验组净光合速率低于对照组解析

(1)光合作用暗反应的场所是叶绿体基质，物质变化主要包括CO2的固定和C3的还原，故R酶催化CO2固定的场所是叶绿体基质，暗反应中C3转化成糖类的过程需要光反应生成的ATP和NADPH的参与。(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，有利于R酶催化C5与O2反应，不利于暗反应进行，植物光合作用受到抑制，故植株S的净光合速率会减小。与植株W相比，植株S保卫细胞中G酶的表达量高，

有利于CO2的生成(甘氨酸→丝氨酸＋CO2)和吸收(气孔开度更大)，CO2是光合作用的原料，故相较于植株W，环境中

CO2浓度不变，O2浓度提高时，植株S的净光合速率变化(减小)幅度小。(4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，由此可知自变量是G酶的有无或多少，因变量是叶片净光合速率的大小，实验思路及预期结果见答案。热点2

逆境(胁迫)对光合作用的影响思维建模·触类旁通解题觉醒·融会贯通1.环境胁迫对光合作用的影响

环境胁迫，也称为逆境，是对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。环境胁迫问题主要涉及环境条件对植物细胞代谢的影响，主要考查角度及原理分析如下：类型影响原理主要表现光照主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用影响植物叶绿素的合成；对类囊体薄膜造成损伤类型影响原理主要表现CO2CO2是光合作用的反应物，低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率来影响光合作用强度光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降温度低温逆境和高温逆境，主要通过影响叶绿体的结构、酶的活性和气孔导度来影响光合作用叶绿体的结构和功能受损，酶的活性降低，气孔导度降低，光合速率下降类型影响原理主要表现水分水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2的吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精或乳酸，对细胞造成毒害无机盐矿质元素对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg2＋)；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性2.传统农业生产中的典型管理措施(2026·西安高新一中调研)水是农业生产中最重要的限制因素，长期缺水能引起细胞中过氧化物增多，对细胞造成损伤。研究员对马铃薯进行不同程度的干旱胁迫20天后，对其鲜重、净光合速率、叶绿素浓度(SPAD值)、气孔导度、超氧化物歧化酶(SOD)的活性进行检测，以期为马铃薯耐旱品种的选育和耐旱性分子机理提供理论依据。实验结果如表所示。注：叶绿素浓度表示单位面积叶绿素的含量；气孔导度表示气孔开放程度；SOD能分解过氧化物。处理鲜重/(g·株－1)净光合速率/(μmol·m－2·s－1)叶绿素浓度(SPAD值)气孔导度/(mol·m－2·s－1)SOD活性/(U·g－1)CK(正常)579.819.844.50.46460T1(中度干旱)420.216.248.10.41745T2(重度干旱)361.411.558.50.21770(1)净光合速率可以用测得的单位时间、单位叶面积的_____________________________________________(写出2种即可)表示。在马铃薯光合作用过程中，水在光下分解为____________的同时并产生电子，电子用于_________________________________的形成。(2)由表可知，干旱胁迫使马铃薯SPAD值_______，而净光合速率下降，这种现象称为“非功能性”的持绿。从光合作用过程的角度分析，干旱胁迫导致净光合速率下降的原因是__________________________________________________________________________________________